Том 10, №2

Приведены экспериментальные данные об экспрессии генов, связанных с метилированием ДНК (dmt102, dmt103, dmt105, hdt104, hon101, chr106), в завязях, зародышевых мешках при экспериментальной задержке опыления на 3, 7 дней и в проэмбрио, зародышах и эндосперме партеногенетической (АТ-3) и контрольной (ГПЛ-1) линий кукурузы через 3, 7 дней после опыления. У кукурузы линий АТ-3 и ГПЛ-1 обнаружено отличие в экспрессии гена dmt102 в завязях и зародышевых мешках при искусственной задержке опыления и гена hdt104 в зародышевых мешках и эндосперме после опыления. Через семь дней после опыления в зародышах обеих линий экспрессия всех исследованных (кроме chr106) генов была подавлена. А в эндосперме партеногенетической линии АТ-3 спустя семь дней после опыления зарегистрирована экспрессия четырех (dmt103, hdt104, hon101, chr106) из шести исследованных генов.

For the first time different taxonomic groups of microorganisms are inoculated on culture medium containing white phosphorus as the single source of phosphorus. On these media microorganisms grew and have not experienced phosphorus starvation. It is the world's first example of the inclusion of white phosphorus in the biosphere cycle of elemental phosphorus. Obviously, bacteria consume dissolved products of white phosphorus oxidation (phosphate, phosphate and hypophosphite) and thus shift chemical equilibrium towards its further oxidation. It noticeably accelerates the process of white phosphorus detoxification. The nature and contents of the white phosphorus oxidation products have been studied by 31Р NMR method. It is shown that the resistance of microorganisms cultures to white phosphorus depends on their taxonomic affiliation. Fungi of the Trichoderma genus are adapted to it better than Aspergillus, Aspergillus are adapted better than streptomycetes and streptomycetes, in turn, is better than the bacteria of the genus Pseudomonas. Comparing the two Streptomyces cultures, we have shown that resistance to white phosphorus is a sign that can be enhanced or weakened depending on culture conditions. The highest concentration in experiments corresponds to 5000 times excess of MPC of white phosphorus in wastewater!

Исследовано влияние биокомпозитов селена, полученных из лекарственных макробазидиомицетов Ganoderma lucidum, Grifola umbellata, Laetiporus sulphureus, Lentinula edodes, Pleurotus ostreatus на жизнеспособность фитопатогенной грамположительной бактерии Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus (Spieck. et Kotth.) Skapt et Burkh (Cms). Показано снижение жизнеспособности бактериальных клеток в результате инкубации с биокомпозитами. Установлено определяющее влияние селенового компонента композитов на изучаемую биологическую активность. Обнаружена зависимость антимикробного действия селенсодержащих опытных образцов от биологического вида гриба. Показаны видоспецифические особенности проявления антибактериального эффекта биокомпозитов, содержащих биометалл(II), в сравнении с биополимерными субстанциями, полученными из того же гриба.

Исследовано влияние ростстимулирующих ассоциативных ризобактерий Azospirillum brasilense Sp245 и Ochrobactrum cytisi IPA7.2 на физиолого-морфологические параметры микроклонов картофеля сорта Невский при осмотическом стрессе в культуре in vitro, создаваемом путем добавления к питательной среде для культивирования растений полиэтиленгликоля. Установлено, что инокуляция растений бактериями стимулировала рост растений в условиях in vitro и репарационные процессы в модельных условиях осмотического стресса, а также способствовала более быстрому снижению содержания пролина в листьях при постстрессовой репарации. Повышение адаптационного потенциала растений в целенаправленно создаваемых растительно-микробных ассоциациях представляется перспективным с точки зрения общих подходов к экологически чистому земледелию.

В последнее время проблеме экологизации агропроизводства уделяется большое внимание, так как во всем мире значительно возрос интерес к производству безопасной продукции. Цель работы заключалась в оценке воздействия предпосевной обработки семян ячменя комплексом микробных препаратов на численность почвенных микроорганизмов ризосферы. В условиях чернозема южного степи Крыма определено влияние предпосевной обработки семян комплексом микробных биопрепаратов на микробиологическое состояние ризосферы ячменя озимого (Hordeum vulgare L.). Показано, что микробные препараты способствовали увеличению численности микроорганизмов большинства эколого-трофических групп ризосферы и улучшению развития растений ячменя озимого.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – обширная группа соединений, содержащих два и более конденсированных бензольных колец в молекуле, и являющихся широко распространенными и опасными загрязнителями окружающей среды. ПАУ образуются путем абио- и антропогенных процессов, среди которых наиболее ощутимый вклад вносят процессы неполного сжигания органического сырья. ПАУ подвержены деградации представителями практически всех царств живых организмов: бактериями, грибами, растениями, животными. Различное химическое строение ПАУ и разнообразие организмов, взаимодействующих с этими поллютантами, определяют многочисленность метаболических путей и промежуточных продуктов при их биоразложении. Бактерии метаболизируют ПАУ с участием преимущественно оксигеназ с образованием различных промежуточных продуктов, способных к дальнейшим превращениям вплоть до воды и углекислого газа, как ферментными системами того же организма, так и других участников биоценоза, в том числе грибов и растений. Грибы, например, аско- и базидиомицеты, подвергают деградации ПАУ с помощью цитохрома Р-450 монооксигеназ и/или лакказ и пероксидаз, которые, являясь ферментами внеклеточного лигнинолитического комплекса и осуществляя процессы деградации лигнина, вовлекают в них и ПАУ. При этом, образуя на первых этапах окисления хиноны, грибы способны к полной минерализации ПАУ. Растения также имеют пул внеклеточных ферментов, поступающих в ризосферу с корневыми экссудатами. В первую очередь, это ферменты стрессовой защиты – пероксидазы, которые способны окислять как нативные ПАУ (в присутствии медиаторов), так и интермедиаты их бактериального и грибного разложения. Есть данные, что и растения способны ассимилировать углерод молекулы ПАУ. Названные выше процессы показаны нами при изучении метаболизма фенантрена ризосферной бактерией Ensifer meliloti P221 (IBPPM 383), растениями люцерной посевной (Medicago sativa L.) и сорго венечным (Sorghum bicolor L. Moench), а также грибами Pleurotus ostreatus и Fusarium oxysporum. Исследования деградационного потенциала микроорганизмов и растений необходимы не только для понимания процессов, происходящих в природе, но и для совершенствования технологии фиторемедиации.

Изучена возможность анализа бактериальных клеток на примере почвенных микроорганизмов Azospirillum brasilense штамма Sp7 при их взаимодействии со специфичными антителами с помощью акустического датчика непосредственно в суспензии с различной начальной электрической проводимостью. Датчик представлял собой двухканальную линию задержки на основе пьезоэлектрической пластины ниобата лития, по которой распространялась поперечно-горизонтальная акустическая волна нулевого порядка. Один канал был электрически свободным, а второй канал - электрически закороченным. Жидкостная ячейка располагалась на пластине таким образом, что суспензия контактировала с поверхностью пластины и охватывала оба канала. Анализ проводился путем измерения временной зависимости фазы и полных потерь выходного сигнала датчика на фиксированной частоте до и после биологического взаимодействия микробные клетки – специфичные антитела. Проводимость буферного раствора менялась от 2.2 до 10 мкСм/см, а минимальная определяемая концентрация микробных клеток составила ~104 кл/мл.

Исследовали влияние предпосевной обработки семян пшеницы (Triticum aestivum L.) препаратом Гуми на устойчивость растений к воздействию 2%-ного NaCl. Предобработка проростков препаратом способствовала заметному уменьшению степени повреждающего действия солевого стресса на показатели их роста. О защитном действии предобработки Гуми М на проростки в условиях солевого стресса свидетельствовало существенное уменьшение уровня перекисного окисления липидов, экзоосмоса электролитов и пролина.

Структура и свойства поверхностных антигенов ризосферных бактерий составляют основной предмет исследований лаборатории иммунохимии ИБФРМ РАН с использованием антител к белковым и углеводным бактериальным структурам – ключевым участникам растительно-микробных взаимодействий при ассоциативном симбиозе в ризосфере растений. Получены антитела к поверхностным структурам 27 штаммов 11 видов 7 родов ассоциативных бактерий. Для ряда штаммов Azospirillum продемонстрирована структурная и антигенная гетерогенность их О-антигена, показано отсутствие индивидуального антигена капсулы. С 74 штаммами данного рода разработана тест-система серотипирования азоспирилл. В составе гликозилированного флагеллина полярного жгутика типового штамма Azospirillum brasilense Sp7 установлено наличие нескольких полисахаридных цепей, иммунохимически идентичных липополисахариду данных бактерий. На основе иммуноферментного анализа проведено изучение распространенности азоспирилл в образцах почв, оценена динамика численности интродуцированных в почву бактерий и выявлено наличие антигенов азоспирилл в течение вегетативного сезона в 6 типах почв Саратовской области. Охарактеризована способность штаммов к колонизации корней растений, выявлены стимулирующие эффекты бактерий и их изолированных поверхностных компонентов на растения по морфометрическим и цитологическим показателям. Показан и оценён вклад липополисахарида, флагеллина и белковых пилеподобных структур азоспирилл в бактериальную колонизацию растений и индукцию рост-стимулирующих эффектов. Проводятся работы по выделению и идентификации новых ризосферных бактериальных штаммов-симбионтов растений (представителей родов Enterobacter, Ochrobactrum, Ensifer, Acinetobacter, Kocuria и др.) с оценками их рост-стимулирующего потенциала.

Для исследования зависимости активности фенолоксидаз от присутствия растения-хозяина, проводили инокуляцию трехсуточных стерильных проростков пшеницы сорта Саратовская 29 бактериями рода Azospirillum, с последующим сокультивированием в течение 4 недель. Обнаружено, что при инокуляции бактериями пшеницы происходит увеличение лакказной и Mn-пероксидазной активности в среде выращивания по сравнению с контрольными образцами. Полученные в ходе исследования данные указывают на то, что Mn-пероксидазы и лакказы аккумулируется в зоне бактериальных скоплений, на поверхности корня инокулированного растения, что свидетельствует о возможном участии данных ферментов в адаптации азоспирилл к условиям ризосферы. Вероятно, что продукция внеклеточных фенолоксидаз функционально значима не только для бактерий, но и для растения-хозяина. Лакказы, лигнин- и Mn-пероксидазы за счет окислительных реакций могут опосредовать снижение негативного действия токсических веществ, аккумулирующихся в почве.

Изучен физиолого-биохимический потенциал цианобактериальных штаммов Nostoc sphaeroides Kützing 4 (ACSSI 150) и Desmonostoc muscorum (C.Agardh ex Bornet et Flahault) Hrouzek et Ventura 1 (ACSSI 091),установлено его влияние на эффективность растительно-микробного взаимодействия с использованием микробиологических, биотехнологических, физиолого-биохимических, статистических методов исследования. Определены динамика накопления биомассы клеток и каталазной активности, динамика изменения количества каратиноидов, динамика обеспеченности 14-тью микро- и макроэлементами питания в культуре в течение годового цикла искусственного культивирования. Установлены корреляционные связи и функциональные зависимости в системе «физиолого-биохимический потенциал цианобактерий – продуктивность растений Triticum aestivum L.». Экспериментально доказано, что искусственное культивирование влияет на метаболический потенциал фототрофных штаммов, бактеризация которыми является решающим фактором, определяющим продуктивность растения, и может оказывать стимулирующий / ингибирующий эффект на растения, в зависимости от условий культивирования, что является важным для биотехнологии создания микробных препаратов стимулирующего и гербицидного действия.

Проведенные нами исследования и литературные данные демонстрируют неоднозначность видовой идентификации изолятов с применением традиционных филогенетических маркеров – последовательностей ДНК генов 16S рРНК и интергенного спейсера ITS1. Подобная неоднозначность отмечена также при использовании последовательностей ДНК групп генов, отличающихся в подавляющем большинстве независимой эволюцией и собственной эволюционной историей. Применение тестов, рекомендуемых в рамках геномной таксономии микробов с привлечением результатов полногеномного секвенирования ДНК штаммов, показало зависимость оценок их систематического положения от типа используемых полногеномных данных, относящихся к базовой и подвижной составляющим пангенома. К этому добавляется ограниченность набора расшифрованных референтных геномов для достаточно широкого списка представителей различных таксономических групп, из-за чего видовая идентификация изолятов оказывается, как минимум, неполной. Обсуждаемые наблюдения иллюстрируют отсутствие единой генетической системы видовой идентификации изолятов (как и самой видовой классификации прокариот), что делает более оправданным применение в их систематике полифазного подхода с сочетанием традиционных молекулярно-генетических тестов и соответствующих наборов фенотипических признаков исследуемых штаммов. Следует учитывать, что указанные тесты оперируют, как правило, филогенетическими маркерами из базовой составляющей пангенома и отражают лишь часть эволюционной истории организмов, ограниченную во времени в той или иной степени без учета горизонтального переноса генов. Последний может играть определяющую роль в приобретении прокариотами разнообразных признаков, обеспечивающих их существование в конкретных экологических нишах и оказывающих решающее влияние на их видовую идентификацию.

Изучено влияние стерилизующих растворов на жизнеспособность эксплантов лимонов (Citrus limon (L.) Burm.) и цитрона (Citrus medica L.) в условиях in vitro. Проведена сравнительная характеристика роста лимона и цитрона башкирской селекции в условиях in vitro.

В работе показана способность сапротрофных грибов разных экологических групп – гумусовых (Agaricus bisporus, A. arvensis) и ксилотрофных базидиомицетов (Lentinus edodes, Pleurotus ostreatus, Ganoderma lucidum, Grifola frondosa) к восстановлению ионов золота, серебра и селена до элементного состояния с образованием наночастиц. Рассмотрено влияние соединений металлов и металлоидов на параметры роста и накопления биомассы грибов; определены оптимальные условия культивирования и концентрации изученных ионсодержащих соединений для получения наночастиц. Экстра- и внутриклеточные экстракты из базидиальных грибов были способны к биоредукции соединений HAuCl4, AgNO3 и Na2SeO3 до Au0, Ag0 и Se0/SeO2 с образованием наночастиц, а также к образованию наночастиц кремния из Na2SiO3. Форма, размер и агрегационные свойства наночастиц зависели как от видов грибов, так и от типа экстракта. Цитотоксичность образующихся наночастиц Au0 была пренебрежимо мала в широком диапазоне концентраций (от 1 до 100 мкг/мл), тогда как наночастицы Ag0 были нетоксичными от 1 до 10 мкг/мл.

Изучали иммунолокализацию цитокининов на начальных этапах эмбриоидогенеза in vitro в зародышевых каллусах пшеницы сорта Башкирская 26. Установлено, что на стадии индукции эмбриоидогенеза цитокинины локализовались преимущественно в морфогенетических очагах и меристематической зоне, клетки которой представляют собой инициали эмбриоидов. В фазе бластомеризации цитокинины равномерно распределялись в клетках апикальной части раннеглобулярного собственно эмбриоида, а также обнаруживались в гипофизе. В позднеглобулярном эмбриоиде цитокинины определялись в клетках собственно эмбриоида, преимущественно в его апикальной части. Обсуждается роль цитокининов в создании позиционной информации, необходимой для дифференциации клеток эмбриоида и инициации в нем органов.